I. PENDAHULUAN

A. Latar BelakangKetersediaan energi dunia terutama minyak bumi semakin menipis. Kondisi ini menuntut kita untuk mencari energi alternatif yang dapat memenuhi kebutuhan sehari-hari. Beberapa alternatif pengganti minyak bumi antara lain energi angin, air, nuklir, biomassa, dan cahaya matahari. Energi matahari adalah salah satu alternatif yang tidak polutif, dan gratis.

Energi matahari yang muncul sebagai salah satu yang menjanjikan sumber energi yang berkelanjutan. Sebuah pembangkit energi matahari digunakan untuk memanfaat kan energi matahari dan mengubah energi matahari menjadi suatu produk dalam hal ini adalah energi listrik. Secara teoritis, seluruh dunia hanya membutuhkan 1% dari energi matahari untuk dapat mencukupi seluruh kebutuhan energi di bumi.Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan Barat dan Timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat Indonesia sekitar 4,5 kWh/m2 per hari dengan variasi bulanan sekitar 10% dan di Kawasan Timur Indonesia sekitar 5,1 kWh/m2 per hari dengan variasi bulanan sekitar 9%. Dengan demikian, potensi energi matahari rata-rata Indonesia sekitar 4,8 kWh/m2 per hari dengan variasi bulanan sekitar 9% (Kementrian ESDM, 2011).

Penggunaan energi listrik semakin lama semakin meningkat, namun peningkatan kebutuhan energi listrik ini perlu diimbangi dengan upaya pencarian sumber energi baru. Salah satu upaya kearah itu yaitu dengan memanfaatkan energi surya.

Untuk memanfaatkan potensi energi surya tersebut, ada 2 (dua) macam teknologi yang sudah diterapkan, yaitu teknologi energi surya termal dan energi surya fotovoltaik. Energi surya termal pada umumnya digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian (perkebunan, perikanan, kehutanan, tanaman pangan) dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di Puskesmas dengan kapasitas total 6 MW (Kementerian ESDM, 2011).

Pemanfaatan energi surya khususnya dalam bentuk SHS (solar home systems) sudah mencapai tahap semi komersial. Komponen utama suatu SESF adalah, Sel fotovoltaik (mengubah penyinaran matahari menjadi listrik),Balance of system(BOS), Unit penyimpan energi (baterai) dan peralatan penunjang lain seperti: inverter untuk pompa, sistem terpusat, dan sistem hybrid (Kementrian ESDM, 2011).

Radiasi termal muncul sebagai media yang penting dalam mekanisme transfer energi dari berbagai sistem praktis seperti exchangers panas , boiler dan tenaga surya. Energi matahari yang dibedakan dalam dua bentuk, radiasi yang tersebar dan radiasi langsung. Untuk mendapatkan suhu yang tinggi memerlukan konsentrasi matahari yang besar, untuk itu di butuhkan desain sistem, seperti reflektor parabola, system tracking agar mendapatkan konsentrasi matahari yang tinggi. Banyak penelitian yang berkaitan dengan konsentrator parabola yang ditemukan.

Radiasi matahari yang cukup besar dibutuhkan agar dapat memanaskan cairan yang akan digunakan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya Termal (PLTSt) dan untuk mendapatkan radiaai yang cukup diperlukan desain sistem, seperti reflektor parabola, dan sisterm penjejakan (tracking system) yang baik. Oleh karena itu penulis mencoba untuk merancang sistem penjejakan semi mekanis untuk kolektor surya agar mendapatka panas yang cukup untuk memanaskan cairan pada yang digunakan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya Termal (PLTSt).B. Tujuan PenelitianTujuan penelitian ini adalah merancang suatu system tracking semi mekanis untuk solar collector yang sederhana untuk diaplikasikan di daerah pesisir supaya dapat selalu pointing ke arah matahari.

C. Manfaat PenelitianManfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:

1. Memberikan informasi mengenai potensi energi surya yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik dengan solar concentrator.2. Memberikan informasi secara teknis mengenai besarnya energi yang diperlukan untuk membentuk energi listrik.II. KERANGKA PEMIKIRANA. Kerangka PemikiranMatahari memiliki jarak 150 juta kilometer dari bumi, dan menyediakan energi yang dibutuhkan oleh kehidupan di bumi ini secara terus-menerus (Mulyono, 2007: 47). Energi yang dibebaskan oleh matahari setiap detiknya menurut perhitungan para ahli, adalah ekuivalen dengan konversi massa hidrogen yang besarnya adalah 4,2x10 ton/detik, yang ekuivalen dengan 1,2x10 KW (Daryanto, 2007).

Sebagian energi tersebut di transmisikan ke bumi dengan cara radiasi gelombang elektromagnetik. Radiasi menjalar dengan kecepatan cahaya (3* 108m/s) dalam bentuk gelombang yang mempunyai panjang gelombang yang berbeda-beda. Peristiwa ini akan berhenti jika hidrogen dalam reaksi inti habis (Daryanto, 2007).

Ada beberapa jenis teknik pemanfaatan surya yang tersedia saat ini .Namun, masing-masing dari mereka memiliki perberbedaan konsep dan memiliki keuntungan masing-masing. Analisis dan perbandingan antara teknologi yang berbeda akan membantu dalam menetukan teknologi yang paling efisien dan tepat diberikan dalam kondisi tertentu (Chu,2011).

Gambar 1. Teknologi pemanfaatan energi matahari.

Sistem tenaga matahari terkonsentrasi (CSP) menggunakan cermin atau lensa untuk memfokuskan atau mngumpulkan area sinar matahari yang luas atau energi panas matahari ke sebuah area atau luasan yang kecil. Daya listrik yang dihasilkan adalah ketika cahaya yang terkonsentrasi diubah menjadi panas yang menggerakkan heat engine ( biasanya turbin uap ) yang terhubung ke sebuah pembangkit listrik generator (Chu,2011).

Gambar 2. Contoh Concentrated Solar Power.

Tidak seperti sel surya fotovoltaik, konversi energi dari sinar matahari listrik oleh sistem CSP didasarkan pada aplikasi mesin panas (heat engine), daripada efek fotovoltaik yang langsung mengubah energi foton menjadi energi listrik (Chu,2011).

Gambar 3. Ilustrasi mekanisme kerja CSP.

Gambar di atas menggambarkan bagaimana sebuah sistem kerja parabola CSP yang biasa digunakan. Kolektor berkonsentrasi bawah sinar matahari, mengumpulkan dan menyimpan energi panas. Lalu, menghasilkan energi panas yang digunakan untuk menghasilkan uap untuk menggerakkan heat engine untuk menghasilkan listrik (Chu,2011).

Sebagian besar listrik yang dihasilkan saat ini adalah oleh heat engine yang digerakan oleh pembakaran bahan bakar dari fosil atau hydropower. Efisiensinya dibatasi oleh hukum termodinamika. Teori efisiensi maksimum yang dapat dicapai ditentukan oleh Siklus Carnott, yang menyatakan bahwa efisiensi mesin panas ditentukan oleh perbedaan antara suhu terendah dan tertinggi yang dicapai di satu siklus seperti yang ditunjukkan di bawah (Chu,2011).

Dimana TC adalah suhu pada bagian yang dingin dan T adalah suhu pada bagian yang panas (Chu,2011).

Kolektor terkonsentrasi memiliki berbagai kelebihan bila dibandingkan dengan tipe pelat datar biasa, antara lain:

1. Fluida kerja yang bisa mencapai temperatur yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan sistem konsentrator plat datar dengan permukaan yang sama saat mengumpulkan energi matahari. Ini berarti bahwa termodinamika yang lebih tinggi dapat tercapai.

2. Efisiensi termal lebih baik karena memiliki relativitas heat loss (kehilangan panas) yang kecil pada bagian penerima panas (receiver).

3. Biaya yang diperlukan untuk per satuan luas kolektor lebih murah bila dibandingkan dengan konsentrator plat datar.

4. Karena luas permukaan penerima yang kecil dalam mengumpulkan energi matahari,maka teknik selective surface treatment dan isolasi vakum digunakan untuk mengurangi heat loss dan menigkatkan efisiensi.Kekurangan dari konsentrator ini adalah:

1. Sistem konsentrator mengumpulkan sedikit radiasi yang tersebar tergantung pada rasio konsentrator.

2. Dibutuhkan sistem tracking agar konsentrator dapat mengikuti arah matahari.

3. Permukaan pemantul cahaya akan kehilangan reflektansinya , sehingga dibutuhkan pembersihan dan perbaikan secara periodik.Konsentrator surya akan menangkap radiasi yang lebih banyak apabila diaplikasikan di daerah dengan awan yang sedikit bila dibandingkan dengan konsentrator pelat datar. Ini jauh lebih lebih baik untuk mengadopsi berkonsentrasi kolektor di daerah kering atau semi gersang (Chu,2011).Surya termal adalah teknologi konversi energi radiasi matahari menjadi energi panas / termal denganmenggunakan alat pengumpul panas atau dikenal sebagai kolektor surya.Kolektor surya merupakan piranti utama dalamsistem surya termal yangberfungsi mengumpulkandanmenyerapradiasisinar matahari yang kemudian mengkonversinya menjadi energi panas.Ketikacahaya matahari menimpa absorber padakolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan dan sebagian besar lagi akan diserap dan diubah menjadi panas. Panastersebut dipindahkankepada fluida (air atau udara)yang bersikulasi di dalam kolektor surya kemudian dimanfaatkanuntuk berbagai aplikasi yang membutuhkan panas (Kementerian ESDM, 2012).

Beberapa contoh pemanfaatan teknologi surya termal antara lain ;

1. Pemanas air rumah tangga / bangunan (Solar water heater)2. Pengering hasil pertanian / perkebunan / kelautan (solar drying)3. Penyuling air (Distilasi / desalinasi)

4. Pendinginan (solar cooling)5. Memasak (solar cooking)6. Pembangkit listrik (Solar thermal power plant)7. dan sebagainya

Jenis kolektor surya bermacam-macam tergantung pada besarnya suhu termal yang dihasilkan dan tujuan penggunaannya. Misalkan untuk sistem pemanas air tenaga surya pada rumah tangga/bangunan cukup menggunakan kolektor surya jenis plat datar yang menghasilkan panas dibawah 1000C sedangkan jika ingin memanfaatkan teknologi surya termal untuk pembangkit listrik atau pendinginan (AC/kulkas) maka dibutuhkan jenis kolektor surya yang menggunakan teknologi tabung hampa atau konsentrator yang dapat menghasilkan energi panas dengan suhu yang sangat tinggi (Kementerian ESDM, 2012).

Sistem tracking diperlukan untuk kolektor agar dapat mengikuti matahari untuk mengumpulkan langsung radiasi matahari ke bagian penerima yang kecil. Rasio konsentrasi yang tinggi dari kolektor tidak bisa bekerja tanpa sistem penjejakan (tracking). Berbagai bentuk mekanisme penjejakan bervariasi mulai dari sederhana sampai rumit. Sistem penjejakan dapat dibagi menjadi dua kategori besar, yaitu mekanik dan listrik (sistem elektronik). Sistem elektronik tersebut umumnya menunjukkan tingkat reliabilitas dan akurasi yang tinggi.

Empat kategori dalam pembagian macam-macam tipe konsentrator, yaitu:

1. Parabolic trough collectors (PTC)

2. Linear Fresnel collectors (LFR)

3. Solar towers (Heliostat field collectors)

4. Parabolic dish reflectors (PDR)

Parabolic Dish Reflector memfokuskan dalam penjejakan matahari pada dua sumbu, mengkonsentrasikan energi matahari pada titik tengah dari parabola. Parabola harus mengikuti martahari sepenuhnya agar dapat memantulkan radiasi pada penerima panas.

Gambar 4. Parabolic dish solar concentrator.

Penerima panas energi matahari mengubah energi panas pada fluida yang bersirkulasi. Energi panas tersebut diubah ke energi listrik menggunakan mesin generator yang terhubung secara langsung dengan penerima panas ataupun disalurkan melaui pipa ke sistem pengubah energi. Sistem parabolic dish dapat mencapai suhu lebih dari 1500 oC.

Parabolic dish memiliki beberapa kelebihan, yaitu:1. Sistem kolektor paling efisien karena selal mengikuti matahari.

2. Memiliki rasio konsentrasi 600-2000.

3. Efisien dalam penyerapan panas dan sistem perubahan energinya.

4. Kolektor yang modular dan penerima dapat berfungsi secara independent atau sebagai bagian dari sistem yang lebih besar.

III. METODE PENELITIANA. Tempat dan Waktu

Penelitian ini akan dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto, (110 meter di atas permukaan laut), dan Pesisir pantai, Cilacap. Penelitian akan dilaksanakan mulai bulan April sampai ... 2015.B. Materi Penelitian

1. Bahan

2. Alat

Alat yang digunakan dalam peneltian ini adalah seperangkat komputer, piranometer, termometer dan alat tulis.C. Rancangan Percobaan

Rancangan percobaan lapangan yang digunakan adalah D. Variabel Pengamatan1. Variabel pengamatan pada penelitian ini adalah:a. Variabel yang diukur meliputi iradiasi surya dan suhu (lingkungan dan liquid).b. Variabel yang dihitung meliputi iradiasi surya sesaat, sudut datang matahari dan energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan listrik.E. Analisis DataF. Pelaksanaan Penelitian1. Pelaksanaan Penelitian

a. Tahap persiapanb. Tahap percobaan lapangc. Tahap pengukuran dan perhitunganG. Jadwal PelaksanaanPenelitian ini dilakukan selama ... bulan untuk percobaan dengan rinciannya sebagai berikut:Tabel 3. Jadwal Pelaksanaan Penelitian

NoKegiatanBulan ke-

1.Persiapan

2.Pelaksanaan percobaan

3.Analisis data

5.Penulisan laporan

12